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第十三届全国缓蚀剂学术讨论会论文集
锡金属表面的稀土钝化研究
钟赵江蔡兰坤周斌
(华东理工大学资源与环境工程学院,上海,200237)
摘要:初步研究了锡的三价節盐钝化处理,及钝化膜在中性0.5 mol/L Nacl和1000pm
CI溶液中的电化学行为,并与重铬酸钾、钼酸钠钝化比较。结果表明,铈盐与钼酸盐
复配效果较好,在0.1molL钼酸钠中加入不同浓度的饰盐,发现在饰盐含量≤100ppm
时,其钝化效果优于单一的钼酸钠钝化效果。本文还对铈盐钝化后锡表面的扫描电镜和
能谱图进行分析,以探讨其钝化作用机理。
关键词:锡,稀土,无終钝化
金属材料广泛应用于社会生产和生活中的各个方面。为了改善性能,提高表面质
量和延长其耐久性,金属产品一般都要进行适当的表面处理。饨化处理作为一种重要
的表面防腐处理手段,普遍运川在许多金属,尤其是铝、锌、锡、镁等金属及其合金
材料上。传统的钝化处理大多以铬酸和铬酸盐等六价铬化合物为处理剂,称为铬酸盐
钝化,经处理后在金属表面上形成的铬酸盐转化膜对基体金属具有良好的防腐保护作
用。然而,铬酸盐为有毒且公致癌的物质,排出的废水严重污染环境。因此,世界各
国近年来己开始在环保法规中刈铬酸盐的使用和废水排放作出日益严格的限制,从而
在金属表面处理领域中铬酸盐最终将被禁止使用已成为必然趋势。为此,采用新的对
坏境友好的无铬钝化技术米取代铬酸盐钝化法已迫在眉睫。日前国内外在这方面的研
究已取得很大进展,其中所开发的稀上钝化技术因具有无毒无污染,防蚀效果好的特
点而倍受关注?。本文利用铈盐对锡金属进行钝化处理,并研究其电化学行为,分析
钝化机理,用重铬酸钾和钼酸钠及铈盐与钼酸钠复合钝化作对比实验。
基金项目]上海市科技发展基金资助项目,编号022312193
通讯地址:上海市梅陇路130号379信箱华东理工大学资源与环境工程学院(Icl:021-64253321)
锡金属表面的稀土钝化研究
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2实验方法
2.1试验材料及表面钝化处理
材料处理工艺::锡(含量高于9.5%)。取样后进行打磨,用热碱洗除油,再用蒸
馏水冲洗,吹干,进行稀土化学转化(饨化)处理,再用蒸馏水清洗,热风吹干,放于
干燥器中。
稀土钝化液为Ce(NO3)36H2O溶液,浓度为0.1molL,用NaOH和HNO调plH
值,钝化时间为30~60s,同时另外用重铬酸钾和钼酸钊作钝化液处理,进行比较
复合钝化液为0.1molL的観酸钊中添加不同液度的硝酸铈,用NaOH和HNO,调pH
值,钝化时间为60s,进行比较。
动电位扫描
将经钝化处理的锡金属作为研究电极,置于中性的和1000mCI或者0.5mol/L
NaCl溶液中,用ZF系列装置控制,进行动电位极化测量:首先在-1600 mv(SCE)下预极
化1min,然后以50 mv/min的速率正向」描。以铂电极为辅助电极,参比电极为饱和甘
汞电极,所有溶液均由分析纯试剂和に次蒸馏水配制。
2.3开路电位的测量
经钝化处理后的锡电极置于中性的0.5mol/ L NACI溶液中,测量其开路电位,与
空白进行比较
2.4扫描电镜与能谱分析
对钝化处理的锡金属进行扫描电镜SEM和能谱EDAX研究,观察其表面的钝化状
况和元素成分。
3结果与讨论
3.1膜的形成
将置于稀上盐镕液中的金属工件作为阴极,进行阴极极化处理,能够在较短时间内在
金属表面形成稀上转化膜。但閉极极化处理时有大量气泡析出,使得转化膜微孔洞多,结
合强度较低。
3.2动电位极化曲线
在常温下,钝化电流密度为i=30mAcm3时对电极分别川硝酸铈、钼酸钠和重铬
钾进行钝化后,置于中性0.5 mol/L Na CI和1000pmCI浴液中作动电位极化测量,阴
极枚化曲线如图1。
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钼酸钠
uOu
硝酸铈
硝酸铈
重铬酸
車铭酸
504.54.03
Igi(Aic
(a)中性0.5 nol Nac:溶液中极化
(b)中性1000ppmC溶液中极化
图1常温下不同钝化膜的阴极极化曲线
由图1可知,加入硝酸铈、钼酸钠、重铬酸钟后锡电极的极化出线阴极支明显
变化,自腐蚀电位基本不变,腐蚀电流变小,在1000pmCl溶液中硝酸铈的饨化
效果明显优于钳酸钠和重铬酸钾,而在0.5 mol/L NACI溶液中3者效果接近。说明在
低浓度的CI浓度中,锡金属川铈盐钝化效果更佳。
考虑到钼酸盐和铈盐都对锡电极的钝化有作用,故采取在铒酸钠中加入不同浓度的
硝酸铈,进行极化曲线分析。但由于酸钠为碱性,而硝酸铈为酸性,复合后溶液中会
有沉淀产生,故把溶液的pH值调节个3,00再进行钝化,结果如图2。
L1000
+100p pm
5.5-5.0
图2钼酸钠中加入不同硝酸铈后钝化的阴极极化曲线
由图2可知,用钳酸钠或者钼酸钠和硝酸铈复合饨化后,曲线的阴支明显变化,
虽然在钳酸钠中加入硝酸伂后比空白的要好,当在低浓度的硝酸伂(≤100pm)情况
下,钼酸钠与硝酸伂复合钝化的效果要好于単一的钼酸钠钝化,而在硝酸铈浓度>
100ppm时,其钝化效果次于单一~的酸钊钝化,说明在観酸钊中加入硝酸铈对锡的钝
化有双重作用,只有在较低的硝酸铈浓度下,才使得极化效果变得更好,钝化膜变得更
致密与年固